CN1759527A - 旋转电动机械 - Google Patents

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Abstract

一种旋转电动机械具有壳体，轴可旋转地安装在所述壳体之中。转子固定到所述轴，并具有多个磁极。定子围绕转子安置并具有绕组。开关安装在壳体之内并具有允许电流在一个方向上通过绕组的第一位置和允许电流在相反的方向上通过绕组的第二位置。机械式致动器可随着或者通过所述轴可移动，并作用在开关上，以允许其在第一和第二位置之间移动。

Description

旋转电动机械
技术领域
本发明涉及旋转电动机械，所述电动机械是可以用作其中电能被转换为运动的电机或者作为其中运动被转换为电能的发电机。
背景技术
公知有两种类型的DC电机。在第一种类型中，DC电源通过接触电刷和换向器连接到缠绕在转子上的线圈。转子围绕或者在定子之内旋转，定子的形式是一个或者多个永久磁铁或者单独激励的电磁铁。换向器用于在线圈之间切换电流。在第二种类型中，转子包括多个永久磁铁，定子包括多个绕组线圈。相关的电路控制定子线圈之间的电流的切换。
第一种类型的缺点在于电刷和换向器的电机械磨损限制了机械的寿命期为2000小时。同样，在同时只有一个线圈被激励时，机械的效率受到限制。此外，通过电刷和换向器所产生的瞬间放电产生电磁干涉。第二种类型克服了上述的问题，但是驱动电子器件的使用使得制造成本比第一种类型更大。
提供一种克服、或者至少减轻与第一种类型的电机相关联的一些或者所有的问题，而没有额外的与其第二类型相关的成本将是有利的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种旋转电动机械，包括：
壳体；
可旋转地安装在壳体之内的轴；
固定到所述轴的转子并提供磁场；
围绕转子安置在壳体之内的定子并具有绕组；
与壳体一起安装的开关并具有用于允许电流在一个方向上通过绕组的第一位置和允许电流在相反的方向上通过绕组的第二位置；
机械式致动器(activator)，所述机械式致动器可随或者通过所述轴移动并作用在所述开关上以将其在第一和第二位置之间移动。
优选地，开关具有不允许电流通过绕组的第三位置，机械式致动器将所述开关移动到第一和第二位置之间的第三位置。
优选地，机械式致动器包括围绕所述轴安装的凸轮，以及将凸轮和开关相连接的凸轮随动器。
优选地，凸轮具有四部分用于将所述开关经过一周的1/6移动到第一位置，然后经过一周的1/3移动到第三位置，然后经过一周的1/6移动至第二位置，然后经过一周的1/3移动至第三位置。
优选地，机械式致动器包括曲柄和连杆机构，用于将所述开关经过一周的1/6移动到第一位置，然后经过一周的1/3移动到第三位置，然后经过一周的1/6移动至第二位置，然后经过一周的1/3移动至第三位置。
优选地，有三个以120度角度分开安置的开关，机械式致动器作用在所有的开关上用于将它们顺序移动。
优选地，电动机械是永久磁铁无刷DC电机。
优选地，电动机械是DC开关磁阻电动机。
本发明的另外的方面将从下述说明中变得显而易见，这通过给出示例来说明本发明。
附图说明
本发明的实施例将参照附图进行说明，其中：
图1是根据本发明的具有凸轮操作开关的两磁极电机的示意图；
图2是根据本发明的具有偏心或者曲柄操作开关的两磁极电机的示意图；
图3是根据本发明的具有偏心或者曲柄操作开关的四磁极电机的第一
实施例的示意图；
图4是具有偏心或者曲柄操作开关的四磁极电机的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的两磁极旋转电动机械。所述机械包括包围转子1和励磁绕组2的壳体29。转子1被安装在轴3上用于在壳体之内旋转，并包括用于建立转子磁场的永久磁铁。励磁绕组2被围绕转子1安置，并包括三个三角形连接的绕组4、5、6。此转子1和励磁绕组2的结构在现有技术中是公知的并不需要进一步地详细说明。
在所述电机结构中，电流通过顺序操作的三个单磁极转换(changeover)开关7、8、9被供给到励磁绕组4、5、6。各转换开关7、8、9的第一固定触点10被连接到DC电源(未示出)的正极(+)侧并且第二固定触点11连接到DC电源的负极(-)侧。移动开关触点12连接到励磁绕组2以使得DC正极(+)或者负极(-)根据开关的位置连接到绕组2。
带台阶的凸轮13安装到轴5的一端。各开关7、8、9具有接触外凸轮表面的凸轮随动器14。所述开关7、8、9围绕凸轮12被安置120机械角度分开。
凸轮的外表面被分为4部分15、16、17、18。凸轮部分15、17对径设置并且各占据凸轮12的1/3外圆周。凸轮部分16、18对径设置并在部分15、17之间布置，并且每个占据凸轮12的外圆周的1/6。
凸轮部分15被成形，这样当开关(即图1中的开关7)的随动器14与表面15相接触时，开关连接到DC电源的正极(+)。凸轮部分16、18被成形，这样当开关(即图1中的开关8)的随动器14与这些部分相接触，与DC电源没有连接。凸轮部分17被成形，这样当开关(即图1中的开关6)的随动器14与表面17相接触时，连接到DC电源的负极(-)。根据此布置，各励磁绕组4、5、6以连接到电源正极(+)1/3的电学周期，顺接1/6周的没有连接、再接着连接到电源的负极(-)的1/3周、接着没有连接的1/6周的顺序被激励。所述周期然后重复。励磁线圈4、5、6的各节点接收比前面一个迟120电学角度的DC电源。此效果是为了产生旋转磁场，所述磁场导致转子1转动，这然后改变电连接并且这样导致所述磁场旋转等等。
图2示出了根据本发明的电机的第二实施例。在此实施例中，凸轮12通过具有连杆机构20、21、22的曲柄或者偏心轮19所替换，所述连杆机构20、21、22移动转换开关7、8、9的可移动触点20。转换开关7、8、9围绕所述曲柄19以120机械角度安置。切换顺序与图1中的实施例相同，各转换开关7、8、9传导1/3周的正相(+)电源，接着1/6周的非导电周期，接着传导1/3的负相(-)电源周期，以及剩余的1/6周的非导电周期。
在如上所述的两磁极电机实施例中，每所述轴3和转子1的机械循环一周发生一个电学循环。普通技术人员将理解对于四磁极机械每机械循环一周将发生两次电学循环，对于六个磁极机械每旋转一周将有三次，等等。这可以使用如图3、4中所示的齿轮布置来实现。
图3示出了具有齿轮偏心或者曲柄操作开关的四磁极电机。四磁极电机的转子23具有多个用于提供四磁极的永久磁铁。励磁绕组30具有以此方式连接的六个线圈。主齿轮24被安置在轴3的端部上并驱动围绕其周围以120度角度间距上的三个小齿轮25、26、27。各小齿轮25、26、27具有曲柄或者偏心轮19，连杆机构20、21、22移动转换开关7、8、9的可移动触点20。主齿轮24和小齿轮25、26、27的比值是2∶1，这样转换开关7、8、9对于轴3和转子23的一个完整的机械旋转完成两个电学循环。
图4显示了四磁极电机的可选的实施例，具有齿轮偏心或者曲柄操作开关。单个小齿轮28从主齿轮24被驱动。单个小齿轮28具有曲柄或者偏心轮19，所有的连杆机构20、21、22连接到所述曲柄或者偏心轮19。转换开关7、8、9围绕小齿轮28在120度间距上被安置。主齿轮24和小齿轮28的齿轮比是2∶1，这样转换开关7、8、9对于轴3和转子23的一个完整的机械旋转完成两个电学循环。
普通技术人员可以理解，随着定子线圈和机械的转子磁极的数目的增加，齿轮比增加以对轴和转子的每机械循环一周给予适当的电学循环数。此外，在上述的示例中，励磁绕组以三角形结构连接，但是这不排除星形连接。
必须注意尽管上述的实施例是永久磁铁DC电机，本发明可以同样很好地施加到DC开关磁阻电动机，在这种情况下当转子磁极靠近定子磁极和线圈时，凸轮/偏心轮导通电流，并在转子磁极变得完全与定子磁极和线圈完全配合时将电流切断。
根据本发明的旋转电动机械具有极低的制造和维护成本的优点，因为所述机械既不需要驱动电子装置也不需要电刷和换向器组。
在所描述的实施例中，凸轮和随动器机构和偏心轮/曲柄以及连接杆机构被用于将三个单磁极转换开关的打开和转换动作与轴角向位置相关联。发明人考虑到这些是用于所需功能的机构的最简单的一种。但是，普通技术人员可以设计一定的机构来完成所需的功能，并且这被认为落入到本发明的范围之内。
在前述的说明中虽已提及，但是一些整数或者元件具有公知的等同元件，这也包括在本发明的范围之内。
尽管对本发明的一些实施例进行了说明，普通技术人员可以理解在不背离本发明的精神和原则的情况下可以对本发明进行修改和变化，其范围由所附权利要求书所限定。

Claims (10)

1.一种旋转电动机械，包括：
壳体；
可旋转地安装在壳体之内的轴；
固定到所述轴的转子并提供磁场；
围绕转子安置在壳体之内的定子并具有绕组；
与壳体一起安装的开关并具有用于允许电流在一个方向上通过绕组的第一位置和允许电流在相反的方向上通过绕组的第二位置；
机械式致动器，所述机械式致动器可随或者通过所述轴移动并作用在所述开关上以使得所述绕组被这样对齐这样在所述绕组上的磁场的电流感应效应最小或者接近最小时，将其在第一和第二位置之间移动。
2.一种旋转电动机械，包括：
壳体；
可旋转地安装在壳体之内的轴；
固定到所述轴的转子并具有多个由铁磁体材料所制造的磁极；
围绕转子安置在壳体之内的定子并具有绕组；
安装在壳体之内的开关并具有用于允许电流在一个方向上通过绕组的第一位置和允许电流在相反的方向上通过绕组的第二位置；
机械式致动器，所述机械式致动器可随或者通过所述轴移动并作用在所述开关上以将其在第一和第二位置之间移动。
3.根据权利要求1或者2所述的电动机械，其特征在于，开关具有不允许电流通过绕组的第三位置，机械式致动器将所述开关移动到第一和第二位置之间的第三位置。
4.根据权利要求1-3任一所述的电动机械，其特征在于，机械式致动器包括围绕所述轴安装的凸轮，以及将凸轮和开关相连接的凸轮随动器。
5.根据权利要求4所述的电动机械，其特征在于，凸轮具有四部分用于将所述开关经过一周的1/6移动到第一位置，然后经过一周的1/3移动到第三位置，然后经过一周的1/6移动至第二位置，然后经过一周的1/3移动至第三位置。
6.根据权利要求1-3任一所述的电动机械，其特征在于，机械式致动器包括曲柄和连杆机构，用于将所述开关经过一周的1/6移动到第一位置，然后经过一周的1/3移动到第三位置，然后经过一周的1/6移动至第二位置，然后经过一周的1/3移动至第三位置。
7.根据前述的任一权利要求中的电动机械，包括三个以120度角度分开安置的开关，其中机械式致动器作用在所有的开关上用于将它们顺序移动。
8.根据前述的任一权利要求中的电动机械，其特征在于，电动机械是永久磁铁无刷DC电机。
9.根据前述的任一权利要求中的电动机械，其特征在于，电动机械是DC开关磁阻电动机。
10.一种如参照附图进行此处说明的旋转电动机械。
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